热力管道支架设计和安装技术分析

伊笑娴

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，山东 济南 250101）

北方城市冬季供暖离不开庞大的供热管网系统，而热力管道的稳定与安全需要从设计和安装两方面提供保证。任何一方面出现偏差都可能导致严重的安全事故，故在整个工程设计阶段，就应当对热力管道支架的设计和安排制定稳妥的方案，在施工过程中确定固定架所能承载的负荷，以确保热力管道运行正常[1]。笔者从热力管道设计与安装中常见的管道位移问题展开探讨，就其应注意的问题与细节进行分析。以供参考。

1 热力管道支架设计与安装相关问题

在热力管道支架设计与安装过程中，应对以下几点提请注意：1）施工图以及施工现场管道统一排列时，其所用到的支吊架的结构形式应当明确。2）作为热力管道结构的支撑的管架，其在某种意义上也为管道所支撑，因此二者必须共同构成统一且协调的空间体系。3）在对热力管道的柱架长度计算时，应当知晓其长度须小于独立的悬臂柱，因为柱顶就等同于支撑在有限的弹簧座上，热力管道则起到了支撑的作用[2]。4）在备料的选择上，应当依照支吊架的结构形式，并以热力管道实际负荷的需要，选择适宜的材料。5）在支吊架制作的过程中，操作应精细到位，下料须准确，拼接部位确保平直。每1个支吊架的尺寸都应当精确，形状规矩统一。同时应注意无论下料或钻孔，其过程中都严禁使用气烧与焊割工艺。6）同规格支吊架，尺寸必须做到统一标准，不能出现大小不同的情况。7）对于支吊架的拼缝连接，除非设计者特别注明，否则焊缝宽度一致保持≥4mm，并确保全长焊满。8）施工完成后，须及时对支吊架表面污物，如焊渣、锈蚀斑以及尘土等进行彻底清理。后期上漆的过程中，亦须注意上漆的厚度一定应均匀，厚度符合标准。不可出现漏刷、滴流，更不能出现气泡、脱皮以及褶皱等现象[3]。9）支吊架在接受防腐处理后，必须经严格检验，获得批准后方可运至现场进行安装。

2 对于热力管道支架位移因素的分析

支架位移是热力管道支架安装常要面对的棘手问题。热力管道的安装完成离不开大量的管道元器件，而对支架位移构成影响的因素通常有以下四点，即膨胀弯设置不当、固定支架安装不稳固、导向与滑动支架出现位移。笔者针对此四类支架的作用逐一介绍如下。

2.1 膨胀弯

为确保热力管道在受热过程中的膨胀量得以被有效吸收，在对热力管道的设计以及安装施工中，多会设置大量膨胀弯来实现这一目的。为达到最佳的设置效果，应当将膨胀弯的设计方案连同管道应力设计做统一设计考虑，一般而言，直管段每间隔30～50m距离设置一个膨胀弯的设计较为合理。过短，则可能造成压力与温度不必要的损耗，同时也会使材料成本增加，构成浪费；过长，支架的位移也会增大，存在支架因受力过大而滑落的风险[4]。

2.2 固定支架

固定支架的安装固定在整个热力管道安装施工中尤其重要，未安装或者安装不稳固都可能导致热力管道支架滑落，引发危险事故，故应引起高度重视。若想对热力管道膨胀量过于集中现象进行有效控制和避免，可在固定支架安装过程中，对管道膨胀量进行分段的控制，使其与膨胀弯共同作用以控制热力管道位移。同时，在热力管道正式投入使用前，对于固定支架须进行严格检查，确保固定位置以及设置符合要求，力求最大限度的降低管道支架滑落风险。

2.3 导向支架

使用导向支架的目的是控制热力管道发生位移，通常用于蒸汽管道进汽轮机的前侧，以起到控制热力管道中定向热膨胀的作用，避免与机组管道间产生应力，引发机组振动。通常，导向支架的跨距须做多方测量与计算，同时还应当根据管道材质和强度等做更为全面的计算。

2.4 滑动支架

滑动支架的主要作用在于对热力管道的支撑，其可随着热力管道的位移而发生位移，也是支架偏移量的设计依据。一旦位移较大，滑动支架就会从管廓中掉落，引发事故。

除上述因素，热力管道因材质不同、受热温度不同所产生的热膨胀系数差异也是热力管道发生位移的重要影响因素之一[5]。

3 热力管道支架安装中对位移的控制

3.1 固定支架的安装与设置

固定支架安装的目的在于承重，因此对承重点管线的要求较为全面，主要针对热力管道中不允许发生任何位移的位置发挥作用。除外承受热力管道、附件、流体以及保温材料之外，其还对热力管道中各方向产生的位移推力与力矩有所承担。由此可见，固定支架本身必须具备足够的刚性与强度。固定支架的安装要遵循其基本原则，即两个膨胀弯间有且仅有一个固定支架存在。要求固定支架设置于两处膨胀弯的中间位置，安装必须确保与热力管道间的连接紧密，不能有任何位移发生的空间[6-7]。

3.2 对滑动支架位移发生方向的控制

滑动支架通常的作用部位是接近水平管线弯头的部分，在承重管道中起到支撑其自重的作用，对管线仅在一个方向上发挥限制作用，而热力管道其他两个方向热位移通常不作限制，故此其在热力管道支撑面上可做自由移动。科学的讲，滑动支架发生位移的方向应当是可控的，经过周密计算与设计，确保其位移的协调，同时又不会影响热力管道的正常使用。在膨胀弯与固定支架安装完成后，我们应当就各处膨胀弯间热力管道支架作出判断，即当膨胀出现时，热力管道支架将固定支架作为中心，向着膨胀弯的方向产生自然膨胀。同理，膨胀弯的另一端也发生同样的自然膨胀，最后两处膨胀弯间热力管道的所有热膨胀借助膨胀弯变形而吸收，滑动支架亦会随热力管道热膨胀而向相应的方向发生位移。它有效限制了管道径向位移，使管道在支架上位移时亦不会出现偏移。

3.3 吊架安装

通常吊架在热力管道安装中被用于常温部位的管道、非垂直热位移或者热位移值微弱的管道吊点，其主要承受热力管道分配的重量，限制管道向下方发生位移，同时允许管道发生轻微水平向的位移。因一般情况下吊架实际荷载较难测量精准，故并不常用于热力管道安装。

3.4 热力管道支架安装

热力管道支架安装位置必须要确保精确，同时还应平整和牢固，紧密接触热力管道。在支架标高的要求上亦必须确保准确无误，对于有坡度要求的一些特殊管道，支架高度亦应满足坡度相关的标准。热力管道若不发生热移动，则吊架的吊竿须垂直安装，若热力管道存在位移，吊竿位置应与之相反。

除以上这些之外，热力管道支架的安装还应当充分考虑外在环境的影响。近年来管道爆裂事故频发，除考虑支架的材质与安装等因素，还应考虑架设管道的环境因素。如有些管道用于热力电厂或石油化工企业等地方，安装环境较理想，但有些管道则需铺设在隧道、山体甚至严寒地区，安装环境十分恶劣。故在这些地区如果没有将环境因素纳入管道设计与安装的考量当中，势必遗留如管道破裂等重大安全隐患，发生重大安全事故几乎是必然的。因此，在热力管道与支架的设计、配置和安装上，都必须以科学事实作为依据，要做深入实地的考察，以此为理论基础，

伴随我国在石油、化工以及火力发电等诸多领域的不断进步与发展，热力管道的支撑结构—管道支架的应用也越发的普及。确保管道支架设计与安装合理、科学具有重要意义。因此无论设计人员还是负责安装的施工人员，都应当对热力管道支架发生位移的原理以及应对方案有充分的了解，确保热力管道支架设计与安装质量，尽最大可能降低安全事故发生风险。